Диапазоны антирадара: Как работают радар-детекторы — ответы на вопросы — журнал За рулем

Дом

А.ВВЕДЕНИЕ:

РАДАР — это аббревиатура от Radio Detection And Ranging. В целом радаров, которые использовались (и используются) NWS, потребовалось гораздо больше, чем просто «обнаружение» и «определение дальности». место. За прошедшие годы технологический прогресс в материалах, схемотехника, быстродействующие устройства, возможности обработки и наблюдения объединились, чтобы позволить радиолокационным системам значительно улучшен.

Хорошим примером является WSR-57, долгое время являвшийся общенациональная сеть метеорологических радиолокационных систем NWS.Номер модификации WSR-57 продлили срок его службы и позволил ему работать так, как никогда не могли задумал. Например, ’57 был преобразован в интерфейс с технологией цифровой обработки и современными системами связи которые позволяют отображать и передавать данные радара далеко за пределы три оригинальных консольных ЭЛТ и фотоаппарат.

В начале 1960-х гг.В. Хизер писал: «В будущем это вероятно, что небольшие, твердотельные, готовые к использованию аппаратные средства цифровые компьютеры будет использоваться для оперативного анализа данных на радаре в режиме реального времени для локальных использование и для временного хранения цифровых данных на магнитной ленте до к передаче в другом месте «.

Кажется, мы подошли к моменту времени (и технологии) в котором мы могли бы сказать, что у нас есть радиолокационная система, подобная той, что Hiser описан почти тридцать лет назад.Эта система — WSR-88D, радар и система связи, буквально рожденная в головах Hiser и другие.

Чтобы обеспечить прочную основу для изучения Система WSR-88D, мера знания фундаментальных принципов радар — это необходимость. Обсуждения в этом наборе предварительных условий Уроки по работе с радарами призваны дать обзор этих основ. Включенные темы будут отраженными волнами, импульсными волнами, шириной луча радара, распространение, длительность импульса, частота следования импульсов, поляризация, цель разрешение, траектория луча, количество импульсов и количество эхосигналов.

B. ССЫЛКИ:

Принципы работы радаров, (NWSTC MRRAD410, 1988)
Основы метеорологических радиолокационных систем, (NWSTC MRRAD420, 1990)
Радиолокационная метеорология, (Х.В. Хисер, третье издание, 1970 г.)

C. ОБСУЖДЕНИЕ:

Электромагнитная волна может быть представлена ​​в пространстве, как показано на рисунке ниже. Также показан радиопередатчик, приемник и препятствие для волны. (Позже мы обратимся к это препятствие как «цель»).

Если излучение направлено в сторону препятствия, волны ударяются о него и определенная часть энергии (намного меньше, чем полная энергия, падающая на препятствии) отражается обратно в сторону передатчика.В на самом деле происходит то, что волны «разбросаны» во многих направлениях с поверхностей препятствия, на которое ударила волна.

Если препятствие на чертеже оказалось облаком капель воды, прошедшая (падающая) волна была бы «рассеяна» почти во всех направлениях каждой из капель. Можно сказать что каждая капля воды будет «повторно излучать» полученную энергию. от прошедшей волны.Кроме того, каждая капля действует как малая дипольная антенна. Если капли различаются по размеру, их соответственно меняются электрические характеристики антенны. Некоторые капли будет излучать больше энергии, чем другие. Максимальное количество это переизлучение, конечно, будет определяться размером капли и длиной волны падающего излучения. В связи до сферической формы капель переизлучение происходит во всех направления (рассеяние).Самолет на чертеже будет производить рассеянное переизлучение. Его форма и размер, конечно, будут определить картину рассеяния.

Общее количество отраженной энергии (в любом направлении) равно зависит от нескольких факторов, некоторые из которых будут обсуждаться в этом Ед. изм. Здесь достаточно сказать, что если мы передаем обычные электромагнитные волны, которые ударяются о какое-то препятствие, очень небольшое количество этого энергия будет отражаться (повторно излучаться) обратно к точке передачи.

В системе с непрерывной волной, такой как описанная выше, Казалось бы, любые отраженные волны, которые возвращаются к передатчику будут отменены или заслонены помехами от исходящих волн. Если это произойдет, не может быть никакого метода обнаружения отраженная энергия может быть достигнута. Чтобы разрешить использование одиночной антенны, а также для измерения расстояния от антенна к отражающей поверхности (-ам), «импульсная» волновая радиолокационная система был разработан и будет исключительной темой нашего обсуждения.

На рисунке ниже изображены «импульсные» волны радиолокационной системы. Обратите внимание, что здесь одна антенна. Эта цифра, хотя и сильно преувеличена. во временной области показывает «интервал» между волновыми импульсами и длительность самого импульса.

Длительность импульса называется «длительностью импульса» и измеряется в микросекундах (одна микросекунда — одна миллионная секунды).Пульс Длина обычно называется ШИРИНОЙ ИМПУЛЬСА в радиолокационных системах.

Интервал между импульсами или время от начала одного импульса к началу следующего, определяется количеством импульсов, которые передаются в заданный период времени. В радаре мы измеряем все время в секундах (или долях секунд). В результате уравнение для измерения интервала времени между импульсами составляет ….

Одна секунда
Интервал повторения импульсов = __________________
Количество импульсов в секунду

Если бы мы передавали 1000 импульсов в секунду, интервал время от начала одного импульса до начала следующего будет быть…

1
Интервал повторения импульсов = ___________ = 0,001 секунды
(PRI) 1000

Временной интервал известен как «PRI», его также часто называют «PRT». Количество импульсов, передаваемых за одну секунду, называется «частота», и чаще всего ее называют «PRF» (повторение импульсов частота).

«Коэффициент заполнения» (часто называемый рабочим циклом) — это коэффициент от ширины импульса (PW) до частоты повторения импульсов (PRF), и составляет выдано …

Рабочий цикл = PW * PRF

… где PW в секундах, а PRF в импульсах в секунду.

Рабочий цикл выражает отношение времени включения передатчика. к общему доступному времени (PRI).Если мы воспользуемся нашим примером PRF выше (1000 импульсов в секунду), и каждый излучаемый импульс длился одну микросекунду (0,000001 секунды), значение рабочего цикла будет …

Рабочий цикл = 0,000001 * 1000 = 0,001

Это означает, что наш передатчик действительно включен на одну тысячную от общего измеренного времени. Один метод понимания значение «рабочего цикла» действительно интересно. Взгляните на свои часы, и, когда секундная стрелка проходит точное начало любого ЧАСА (1 час, 2 часа и т. д.), крик в верхней части ваши легкие ровно на 3,6 секунды. Затем подождите в тишине, пока не наступит точный начало СЛЕДУЮЩЕГО ЧАСА, а затем повторите 3,6-секундный крик. Соотношение вашего крика и тишины будет точно таким же. как наша частота повторения импульсов 1000 Гц и длительность импульса 1 микросекунда выше.

Что на самом деле означает коэффициент заполнения с точки зрения радиолокационной системы? Поскольку каждый из переданных импульсов содержит определенное количество энергии (и в каждом импульсе содержится одинаковое количество энергии), рабочий цикл это значение, которое позволяет нам вычислить энергию (мощность) одного импульс, как если бы мощность была равномерно распределена в течение всего времени от начала одного импульса до начала следующего.

Опять же, рассмотрим свой почасовой «крик». Если ваш 3.6 энергия второго крика должна была быть «усреднена» за весь час, как громким был бы шум? Конечно, небольшой «гул» такие результаты может быть довольно трудно услышать.

Аналогично, если наш импульс в 1 микросекунду содержит миллион ватт мощности, какая средняя мощность получится, если ее усреднить по период времени, разрешенный нашей частотой повторения импульсов 1000 Гц?

Ответ находится путем умножения мощности в импульсе на рабочий цикл (пиковая мощность * рабочий цикл)…

1000000 Вт * 0,001 = 1000 Ватт

(пиковая мощность) * (постоянный ток) = (Средняя мощность)

Должно быть очевидно, что рабочий цикл — это «соотношение» между ПИКОВАЯ энергия в импульсе радара и СРЕДНЯЯ затраченная энергия в течение определенного периода времени. Поскольку устройства мы для измерения радиолокационных волн используются «усредняющие» устройства, нам необходимо возможность выразить ПИКОВУЮ мощность в СРЕДНЕЙ мощности, что дает от включения и выключения пульсирующей энергии.Это относится к цепям как в радаре. передатчик и в приемнике радара.

«Луч» энергии достигается с помощью антенны, которая фокусирует энергию радара на параболическом отражателе.Общая аналогия к этому можно отнести обычный фонарик. Полированный отражатель найденный в фонарике, имеет эффект направления световых волн в концентрированный «пучок». Луч света может быть направлен в любое желаемое направление, чтобы мы могли «осветить» объекты ярким (мощная) энергия, излучаемая фонариком. Если вы направите фонарик на стене, вы увидите яркое «пятно» в центре «луч света. Очевидно, что большая часть световой энергии сосредоточены на этой небольшой области.

И так с радаром «Луч». Параболическая антенна отражатель оказывает такое же влияние на радиочастотные электромагнитные волны. испускается передатчиком. Намерение состоит в том, чтобы сосредоточить энергию в узкий луч, чтобы большее «освещение» интересующих объектов могло быть выполненным. Это большее «освещение» дает больше энергии. отражаясь обратно в исходную точку. В случае фонарика, вы видите гораздо больше света, отраженного от «пятна», а в случае радар, гораздо больше энергии отражается от самой сильной концентрации волн (центр луча).

Теоретически параболоидная форма отражателя антенны должна получится «карандашный» пучок. Однако дифракция на краях антенная тарелка (в зависимости от длины волны) заставляет луч слегка становиться «конической», и приводит к небольшому расширению луча, поскольку энергия уходит от антенны. Это распространение вызывает линейное изменение в физической ширине луча по мере распространения переданного импульса.

Ширина энергетического «луча» радара является критическим фактором многие расчеты, необходимые для определения суммы энергии, которая обнаруживается в импульсах, отраженных от погодных «целей». Поскольку параболическая антенна не может сфокусировать всю волну энергия точно в центре луча, часть передаваемой мощности волны распространяется от центральной оси пучка. Некоторые расстояние (и угол) от оси луча, эта мощность может быть найдена как половина мощности, измеренной на оси. Это расстояние или угол, называется точкой ½ мощности. Есть бесконечное количество точек ½ мощности, расположенных вокруг центра луча. Теоретически каждая из этих точек должна содержать уровень мощности, равный половине этого в центре.Поскольку ½-степень также может быть представлена термин -3 дБ, эти точки часто называют точками -3 дБ. Ширина луча относительно двух из этих точек, расположенных на 180 кроме того, называется шириной луча 1/2 мощности (или -3 дБ). Ширина луча выражается как угол theta (), определяемый как …

71,6 Длина волны
Ширина луча (0) = ___________________
Диаметр антенны (d)

… где 0 в градусах ( ^o ), длина волны и диаметр антенны указаны в одних и тех же единицах измерения (футы, дюймы, метры, сантиметры и т. д.). Если мы будем использовать сантиметры как наши эталонная длина волны в формуле, тогда мы также должны использовать сантиметры как диаметр антенны (d) в формуле.

Например, длина антенны WSR-57 составляет 12 футов (3,657 метра). в диаметре, а длина волны составляет (для 2885 МГц) 10,3986 сантиметра. Расчет ширины луча по формуле даст …

71,6 * 10,3986
0 = ______________ = 2,036 ^o
365,7

Повторение расчетов для гораздо большей РЛС WSR-88D диаметр антенны (@ 28 футов) и длина волны (все еще «S» диапазон) приводят к очень узкая ширина луча ½ мощности (0) около 0.95 ^o .

Для сравнения, радиолокационная система WSR-74C (5625 МГц и 8 футовая антенна) имеет ширину луча () около 1,6 ^o .

Еще один момент, касающийся концепции ширины луча, должен быть считается. Поскольку ширина луча — это просто угол (0 ), а пучок расширяется в зависимости от дальности, физический размер волновой фронт становится фактором, когда измерение «целевых» эхо-сигналов должно быть выполненным.Например, балка WSR-57 (2,0 ^o ) распространяется до размеров, указанных в таблице ниже.

Диапазон (нм) 2 ^o Диаметр луча
______________ _________________

25 5307 футов
50 10 613 футов
75 15 920 футов
100 21 227 футов
125 26 534 футов
150 31 840 футов
200 42 454 футов
250 53067 футов

Следует отметить, что разброс удваивается как диапазон удваивается.Эта линейная зависимость верна для всех значений ширины луча радара.

Наконец, из-за дифракции луча только около 80% передаваемой энергии содержится в области -3 дБ, которую мы имеем называется шириной луча. То же действие, которое вызывает расширение луч также вызывает излучение некоторой части энергии (около 20%) (в меньшей концентрации) под еще более широкими углами от антенны. Эти области энергии излучения называются боковыми лепестками.Поскольку балка трехмерная, так же как и боковые лепестки, как показано на рисунке ниже.

Напомним нашу аналогию с «фонариком». Если вы указали фонарик по направлению к стене вы можете увидеть центральное яркое пятно, вызванное дальним светом, как и ожидалось. Однако вы также должны увидеть рваный, относительно тусклый «кольцо» света вокруг центрального яркого пятна. Это боковой лепесток. Антенны всепогодных радаров имеют несколько боковых лепестков, разделенных определенными углы относительно центра дальнего света.Сила в этих лепестков значительно меньше мощности, сфокусированной в главный луч (первичный лепестка), но все же достаточно, чтобы вызвать нежелательные радиолокационные эхо от цели, особенно те, которые находятся близко к антенне РЛС.

На рисунке выше показан один из всплесков электромагнитного волны, которые может излучать радиолокационный передатчик. Энергия представляет собой высокочастотные колебания, точное количество которых зависят от частоты передатчика и ширины импульса (PW).

В радаре WSR-57 при длительности импульса 4 мксекунды энергетический всплеск содержит около 11540 колебаний радиочастотного энергия. Если мы отобразим пакет на осциллографе, мы сможем только просмотреть огибающая импульса, содержащая высокочастотные колебания. В наших радарах NWS мы можем видеть огибающую радиочастотного всплеска. подключив кристаллический детектор и осциллограф к одному из волноводов порты в радиолокационном передатчике.Мы можем только посчитать количество колебаний в периоде импульсов.

Действие импульсной энергии радара можно просто изобразить на диаграмме ниже. В данном случае наша цель — метеорологические. в природе (гроза).
Пока мы не будем обсуждать детали множества вариаций Возможны в природе радиолокационные «цели». Эти предметы (в отношении метеорологический радар) будут включены в последующие информационные листы.

Синхронизирующие сигналы в радаре указывают точное время когда цепи радиолокационного передатчика должны генерировать всплеск электромагнитного энергия. В то же время синхронизируются схемы отображения.

Энергия полной мощности покидает антенну радара и перемещается (удерживается лучом) в направлении цели осаждения. В цель, мощность импульса была существенно снижена. Некоторые энергии, которая поражает капли воды во время грозы, повторно излучается в направлении антенны. Опять же, во время обратного пути мощность в пульсе убывает. Антенна собирает «отраженную» энергию, что составляет крошечную долю от силы исходного переданного импульса.

В приемнике РЛС полученное «эхо» усиливается, смешивается с сигналом гетеродина, усиленным еще больше, а затем преобразованным в напряжение «видео» для отображения на прицеле (ах) радара.Положение видео напряжение в области измеренного времени после передатчика Импульс определяет расстояние до цели, от которой отражена энергия. В радаре это время называется дальностью.

Скорость распространения Электромагнитные волны

c = 300000000 метров в секунду (300000 км в секунду)
161,800 морских миль в секунду
186,420 статут миль в секунду
984 300 000 футов в секунду

В наших обсуждениях преобразование скорости должно выполняться в обоих метров и морских миль, поскольку в системе WSR-88D используются оба устройства в измерении и отображении погодных эхосигналов.Старые радарные системы NWS (WSR-57) измеряется в морских милях, в то время как системы серии WSR-74 на основе метровых и километровых расстояний.

Скорость распространения волны имеет решающее значение для работы любой радиолокационной системы, поскольку измерения времени, прошедшего между передатчиком импульсы и принятые «эхо» сигналы являются единственным методом определения расстояние между радаром и целью (целями). В таблице ниже указаны расстояния, пройденные радиолокационной волной в различных единицах времени.

Для точного измерения временных интервалов в радарах мы больше озабочены временем полного прохождения импульсной волны. Это время в правом столбце таблицы на страница 11, которая представляет время с момента, когда волна покинет передающей антенны, пока отраженная волна не вернется к той же антенне.Другими словами, интервал отражения (время в правый столбец) ровно вдвое превышает время, необходимое волне, чтобы достичь цель. Если наша радиолокационная система настроена на измерение (отображение) радиолокационную информацию с шагом в морских милях, мы будем ссылаться на время интервала отражения 12,36 µСекунды в правом столбце как «единица радар морская миля ». С другой стороны, если радар настроен на километр шаг отображения, мы бы использовали 6.67 мкСекундное значение (снова с столбец отраженного интервала), и на этот раз будет называться «один радар километр ».

На этом этапе одно из основных соображений при проектировании радара должны быть представлены в математических терминах. Эта концепция известна как формула радиолокационного диапазона. Математическое выражение это …

ct где … c = скорость света
R = _____ t = PRI (интервал между импульсами)
2 R = дальность от передатчика

В качестве примера рассмотрим WSR-88D PRI (интервал повторения импульсов) из 3066.66 мксекунд. Выражение Range будет следующим …

300 000 000 * 0,00306666
R = _______________________ = 460 000 метров
2

Обратите внимание (из таблицы на странице 11), что время интервала отражения 3066.66 µSeconds соответствует диапазону (расстояние до цели) 460 000 метров. Это тоже 460 километров, что, по неслучайному совпадению, также является максимальной дальностью действия WSR-88D.

Еще один термин, который часто используется в этом отношении: однозначный диапазон. Проще говоря, однозначный диапазон — самый большой. расстояние, на которое импульс радара может пройти и вернуться к антенне радара ДО передачи следующего импульса. Мы обнаружим, что WSR-88D должен уметь исправлять двусмысленность (сомнительная или недостоверная информация) в диапазоне во время выполнения задачи от импульса к импульсу сбора и обработки метеорологических Информация.Мы обнаружим, что некоторые специальные методы (уникальные для ’88D) используются для разрешения неоднозначности диапазона.

Длина импульса и его повторение Частота

Здесь, как на рисунке на стр. 4, «обжиг» частота »(PRF), длина« пули »(ширина импульса) и интервал МЕЖДУ «выстрелами» (PRI) можно легко различить.Кроме того, все энергия (мощность) содержится в ПУЛЕ, количество поставленной мощности к цели зависит от ДЛИНЫ пули, а также от ЧИСЛА УДАРОВ в цель за заданный период времени (PRF). PRI (пуля интервал) — это время, отсчитываемое от начала одной пули до начало следующего.

Если стрелок заряжает БОЛЬШИЕ (и более длинные) пули, то энергия, достигающая его цели, будет пропорционально увеличиваться, если он будет стрелять по та же частота.Что касается радара, если ширина импульса (PW) увеличивается (без изменения PRF), метеорологическая цель аналогично получит больше энергии в течение определенного периода времени. Этот именно то, что происходит в WSR-88D. Доступны две ширины импульса для передачи. Эти значения составляют 1,57 мкСм и 4,5 мкСм.

Кроме того, в отличие от стандартного пулемета, 88D может также варьировать PRF. Как указано в приложении «PRIs» (стр.26), Частоты PRF в настоящее время

доступен для WSR-88D в диапазоне от 321 Гц до 1282 Гц. Вариация PRF и PW в передатчике 88D обеспечивает превосходную гибкость в поддержании контроля над властью, которая в конечном итоге поступает от антенна. Это очень важно при измерении интенсивности штормов, а также будет иметь жизненно важное значение для способности 88D извлекать дополнительные данные от метеорологической цели (ей).

РЛС NWS WSR-57 использует горизонтальную линейную поляризацию, Чертеж этого типа волновой ориентации показан ниже …

Обратите внимание, что поляризация магнитного поля «M» меняется на противоположную. с каждым ½-циклом, но остается ориентированным вертикально относительно к поверхности земли. Поскольку капли дождя имеют тенденцию становиться сплюснутыми наружу) по мере их падения в метеорологических радиолокационных системах традиционно использовались горизонтальные линейная поляризация.Этот метод позволяет улучшить возврат сигнала от погодные цели.

Альтернатива вертикальной или горизонтальной линейной поляризации был опробован в ранних системах WSR-88D. Эта техника называется круговая поляризация. В этом виде электромагнитного излучения поле «E» больше не ограничено одной плоскостью, а состоит из равноамплитудные компоненты с горизонтальной и вертикальной поляризацией, которые сдвинуты по фазе на 90 ^o .См. Схему ниже …

Легко видеть, что векторы как «E», так и Поля «M» вращаются по часовой стрелке (если смотреть сзади антенна). Это вращение называется правой круговой поляризацией. На чертеже показана только длина волны (). Обратите внимание, что поля повернуты на 45 ^o .После ¼ , поворот составит 90 ^o , а после одного полного векторы поля совершат полное вращение на 360 ^o °. Итак, для каждого цикла прошедшей волны поля «E» и «M» равны повернулся на 360 ^o . Наблюдатель (стоит за антенна) «увидит» вектор вращения на этом рисунке, вращающийся в круговое движение по часовой стрелке. Это причина использования терминологии «круговая поляризация».

Направление по часовой стрелке или против часовой стрелки может быть контролируется конструкцией узла антенного питания. Чаще это не так, вращение по часовой стрелке называется правой поляризацией, а против часовой стрелки вращение называется левой поляризацией. Ранние модели систем WSR-88D использовали устройство, называемое датчиком ортогонального режима (OMT), установленное в антенна. ОМТ обеспечивал правую поляризацию. Этот циркуляр схема поляризации не дала желаемого результата, и все производственные Системы ’88D оснащены антенными системами, использующими горизонтальную ЛИНЕЙНУЮ поляризация.

Если передается правая круговая поляризация, волны которые отражаются от объектов с осадками, аналогичны «зеркальное отражение». То есть энергия возвращается к антенне как левая поляризация. Поскольку радар использует одну и ту же антенну для передачи и прием, антенна гораздо меньше реагирует на противоположный смысл вращения. В результате прямые отражения от сферических целей (например, как круглые капли дождя) с трудом проходят через поляризатор получатель.Однако такая сложная цель, как самолет, будет вернуть немного энергии с правильной поляризацией. Энергия от самолет может быть возвращен за один «отскок» (как от плоского, так и сферического поверхность), или может совершать два или более «отскока» между различными частями цель перед возвращением к антенне радара. Сигналы, которые делают одиночные отражения (или любое нечетное число) обычно отклоняются антенна с круговой поляризацией.

С другой стороны, сигналы, которые «отскакивают» дважды (или даже любые количество раз) будут довольно легко приняты.Круговая поляризация, поэтому традиционно использовался как решение проблемы подавление эхо-сигналов от симметричных целей. Целевые показатели осадков обычно имеют сфероидальную (следовательно, симметричную) форму и имеют традиционно были отклонены с круговой поляризацией.

Способность подавлять эхо дождя зависит от степени кругообразность поляризации, которую можно создать с помощью практической антенны и от формы частиц преципитации.На практике, относительно легко добиться высокого (~ 20 дБ) интегрированного подавления коэффициент (ICR) на одной частоте, но это довольно сложно сделать с диапазон частот. ICR — это «показатель качества» для циркулярной поляризованная антенна, учитывающая поляризацию всей луч радара, а не поляризация только на оси или пике луч. По сути, это средневзвешенное значение коэффициентов отмены. в каждой точке балки.Один фактор, который имеет тенденцию уменьшать или ограничивать эффективность круговой поляризации — это энергия, отраженная от земли, что фактически меняет поляризацию.

Радиолокационное сечение воздушной цели в целом составляет меньше с круговой поляризацией, чем с линейной поляризацией. Следует отметить, что разница в возврате эхо-сигнала при круговой и линейная поляризация сильно зависит от аспекта (угла обзора) цели.Поскольку было показано, что поляризованные по кругу эхосигналы самолета где-то между 3 и 6 дБ меньше, чем при линейном поляризационные радары управления воздушным движением (УВД) используют конструкции антенн которые можно переключать между двумя методами поляризации. Если диспетчер УВД хочет видеть осадки на своем телескопе, он может переключить РЛС в режим линейной поляризации, несколько за счет уменьшения (хотя бы временно) его способность обнаруживать самолеты.

В ранней конструкции 88D в радиолокационной системе WSR-88D использовалась OMT и отдельные волноводы для режимов передачи и приема, что позволяет традиционная теория (как подробно описано в обсуждении на стр. 15 и 16) реверсивное обнаружение с круговой поляризацией.В Эти ’88Ds, зеркальные левополяризованные эхо-сигналы передавались легко в секцию приемника, а все остальные поляризации (включая правую волны) были сильно ослаблены. Намерение состояло в том, чтобы позволить поляризации WSR-88D устройство для простого ограничения эхо-сигналов от самолетов и других неметеорологических цели.

Цель Рекомендации по разрешению диапазона

Обратите внимание, что (с импульсом 1 мкСм) любой цель, которая находится на расстоянии менее 150 метров от антенны, не может быть обнаружен радаром. Это связано с тем, что передняя кромка отраженной волны вернется в антенну ДО того, как задняя кромка испускается. Ширина импульса (H) определяет минимальный диапазон, при котором цели могут быть обнаружены. Этот минимальный диапазон составляет приблизительно ½ длины всплеска волны. В случае с 4.5 мкСм импульс, минимальная дальность будет 675 метров (2215 футов). Это также составляет примерно 0,36 морской мили. С участием импульс 1,57 мкСм (как в режиме коротких импульсов WSR-88D) минимум дальность будет около 235 метров. На практике минимальный дальность действия радара несколько больше, чем указанные выше значения, потому что небольшой задержки, возникающей при включении приемника после переданный импульс очистил антенну.

В радарах старых моделей эта задержка связана с временем восстановления трубки T / R (дуплексер).В WSR-88D компьютер управляет как срабатывание передатчика (каждый импульс), так и защита приемника во время пакетов передатчика. Почувствовав, что в волноводе уменьшилась энергия большой мощности, компьютер позволяет приемник, который нужно активировать.

В том же направлении рассмотрим, что две (2) цели очень близки друг к другу и примерно по одному азимуту от радар.Предположим далее, что эти цели намного превышают минимальные дальность действия радара, как описано на странице 17. Используемая ширина импульса составляет 1 мкс. См. Рисунок ниже …

Если расстояние между двумя целями меньше ½ длительности импульса (в нашем случае менее 150 метров) отраженные волны от обеих целей будут объединены в одну (1) составную волну.Только относительно крупная цель будет видна на индикаторе радара. Если, на с другой стороны, расстояние между двумя целями превышает ½ ширины импульса, полученная энергия вернется двумя (2) пакетами, и две отдельные цели будут обнаружены на индикаторе радара. Должно быть очевидно, что ширина импульса оказывает решающее влияние на целевое разрешение в области дальности. Отсюда следует, что по логике чем короче ширина импульса, тем выше разрешение цели.

Однако более длинные импульсы имеют определенное заметное преимущество, особенно в метеорологических приложениях. Длительный импульс 4,5 мкс ширина будет содержать примерно в 4½ раза больше энергии, чем 1 мкСм пульс. Это увеличение энергии (мощности) позволяет обнаруживать цели. на больших дальностях и приведет к обнаружению более слабых целей на короткое расстояние, чем импульс 1 мкс. Кроме того, более длинный пульс компенсирует некоторое затухание коротких пульсовых волн, что предотвращает полное освоение целей со значительной глубиной дальности.Эти эффекты легко наблюдаются на современных радиолокационных системах NWS, которые имеют двойной импульсный возможность ширины (WSR-57 и WSR-74S). Хотя целевое определение несколько страдает в режиме длинных импульсов, преимущества часто перевешивают недостатки.

Разрешение целевой ширины луча (азимута) Соображения

В начале этого обсуждения было заявлено, что электромагнитные волны (как световые волны) могут быть преобразованы в «лучи».Обычный фонарик был использован в качестве примера излучаемой энергии. Другие примеры могут быть автомобильные фары, прожекторы и т. д. За счет использования подходящих антенных отражателей (параболоидов), мы обнаружили, что это возможно чтобы сконцентрировать большую часть энергии передатчика в одном луче. Далее, вращая рефлектор по горизонтали (азимуту), как и в вертикальных (вертикальных) плоскостях, можно управлять направлением балки. Направление любой оси луча (горизонтальное или вертикально) может отображаться на соответствующем радиолокационном прицеле в любом заданном мгновенно, что позволяет отображать цели, освещенные лучом, на ОБЕИ правильное время (диапазон) и азимут (направление).Снова, однако вопрос о дифференциации (разрешении) цели (целей) необходимо адресовать. Напомним, что по мере того, как излучаемая энергия уходит от антенны ширина луча расширяется. Если антенна радара вращается по азимуту (по горизонтали), одиночная цель будет казаться растянутый (вытянутый) по ширине. Это связано с тем, что энергия отражается, как только передний край луча попадает в цель, и энергия продолжает отражаться до тех пор, пока задний край луча прошел цель.Подтверждение любой цели будет функция ширины луча.

В качестве примера см. Таблицу диаметров балки WSR-57 на стр. 8. При ширине луча 2 ФИЗИЧЕСКАЯ ШИРИНА луча составляет 21 227 футов на расстоянии 100 морских миль. Эта ширина составляет почти четыре (4) миль. Отраженная энергия, которая вернется от «точечной» цели (самолет и т. д.) приведет к отображению цели быть почти четыре (4) мили в ширину.
Если бы целью был ливневый дождь, он также был бы растянут по ширине луча. Поскольку ливневый дождь не является точечной целью, ошибка в видимой ширине было бы не так драматично. Однако ширина луча эффект добавит четыре (4) мили к фактической ширине душа.

Такое же растяжение происходит по вертикальной оси (высоте). Напомним, что балка симметрична в трех измерениях. Когда WSR-57 Операторы радара сканируют вертикально сквозь грозу, чтобы определить высоты «верхушек» осадков, в них необходимо добавить поправку для компенсации для разницы между фактической высотой и кажущейся высотой, которая вызвано шириной луча.(Обратите внимание, что поправка применена должен быть отрегулирован в соответствии с дальностью сканирования цели.)

Теперь рассмотрим ту же антенну, направленную на два (2) самолета. которые расположены близко друг к другу (в пределах одного луча). Это легко видно, что энергия, которая отражается от каждой цели, будет сливаться в составная волна, которая будет отображаться на экране радара как одна (1) цель. Чтобы радар обнаружил наличие двух (2) целей, самолеты должны быть разделены расстоянием, превышающим ширину луча на заданном расстоянии.Еще раз, этот пример предполагает «точечная» цель. Однако следует понимать, что такой же эффект имеет место с любыми целями, которые находятся в пределах ширины луча друг друга и на одном расстоянии от радара. Очевидный вывод в этом отношении заключается в том, что узкая ширина луча будет способствовать увеличению разрешающая способность обнаружения данной РЛС. Антенна РЛС WSR-88D имеет ширину луча 0,95 градуса и, следовательно, обеспечивает значительную улучшение по сравнению со старыми системами с более широкими балками.Напомним, что ширина луча удваивается в зависимости от дальности. В WSR-88 эффект растяжения будет вдвое меньше, чем у WSR-57.

В случае антенны WSR-57 (@ 2 ^o ширина луча), коэффициент усиления составляет примерно 6460: 1. Это означает, что любая заданная цель попадающий в луч радара получит в 6460 раз больше мощность, чем была бы получена, если бы радар использовал изотропный (всенаправленный) радиатор.Этот коэффициент усиления является отношением и может быть выражен в децибелах. как усиление 38,1 дБ. РЛС WSR-88D (ширина луча 0,95 ^o ) концентрирует еще больше мощности передатчика в

луч, чем WSR-57. Коэффициент усиления антенны 88D составляет около 45,5 дБ. Это соотношение 35 480: 1, более чем в пять раз. эффективность WSR-57.

Значение усиления антенны необходимо учитывать для ОБЕИХ переданных волна и полученная энергия.Другими словами, относительно изотропного антенна, антенна WSR-88D имеет эффект усиления передатчика мощность на 45 дБ, а также усиление отраженной энергии, падающей на антенна на 45 дБ. Как правило, узкие лучи обеспечивают большую дальность действия. Однако, если радар сканирует пространство очень узким лучом, — это повышенный шанс того, что некоторые цели могут быть пропущены. Эта ситуация зависит от цели, дальности, PRF радара и скорость вращения антенны.В WSR-88D движение антенны полностью контролируется упомянутыми схемами охвата объема (VCP) на стр. 26. Эти выкройки (находящиеся под компьютерным control) убедитесь, что антенна сканирует указанный азимут и угол места последовательности так, чтобы атмосфера в пределах диапазона действия радара наблюдалась и отобраны таким образом, чтобы свести к минимуму возможность «пропуска» значимых цель возвращается.

Совершенно очевидно, что параболический отражатель в любом радаре играет важную роль в способности радара обнаруживать намеченный цели.

Однако в атмосфере колебания влажности и температуры с высотой приводят к изменению скорости распространения волн. При изменении скорости волны волна «изгибается», и направление волны изменяется соответственно. Эти изменения направления связаны с «показатель преломления», который является мерой скорости света в вакуум, деленный на скорость распространения волны в атмосфере. Подразумевается, что показатель преломления связан с параметрами атмосферы. Однако сама функциональная связь зависит от длины волны. распространяемой энергии.

Обычно на микроволновых частотах «преломляющая способность» выражается как …

N = (n-1) * E + 6

… и следующее уравнение является допустимым приближением в Атмосфера…

Поскольку p и p быстро уменьшаются с высотой, а T уменьшается медленно, N будет уменьшаться с высотой. В результате скорость распространения волны увеличивается с высотой, и волна искривляется немного назад к земле. Кривизну траектории (C) можно рассчитать используя уравнение C = — скорость изменения n по высоте. В результате в «нормальной» атмосфере радар «прямой видимости» (траектория луча) представляет собой дугу с радиусом приблизительно 1.В 34 раза больше радиус земли. См. Рисунок ниже …

При значительных отклонениях от «стандартной» атмосферы (экстремальные инверсии температуры и влажности) луч радара может погнуться более резко к земле или может перемещаться внутри слоя (канала) из-за отражение на верхней и нижней границах. Когда это происходит, заземлите цели могут наблюдаться на дисплее радара дольше, чем обычно (иногда фантастические) диапазоны.Это явление известно как «аномальное распространение», и может представить оператору радара очень сложную интерпретацию объема ситуация.

Импульс имеет определенную физическую длину в пространстве и содержится в пределах -3 дБ точек луча (как по горизонтали, так и по вертикали поперечные сечения).Форма импульсного объема — усеченная конус. Объем импульса будет увеличиваться в размере с увеличением дальности из-за расширения ширина луча. В результате растекания удельная мощность в любой части объем уменьшается по мере увеличения дальности от радара. Энергия (WSR-88D) присутствует в течение 1,57 мксекунд. импульс или импульс 4,5 мкс. Следовательно, при 1,57 мксекунды При настройке пульс занимает 471 метр (1545 футов) диапазона вдоль луч.Пульс составляет 0,3 мили.

В РЛС WSR-57 и WSR-74 полученная энергия «дискретизируется» цифровым видеопроцессором (DVIP) с частотой один раз в 1,67 мксекунды.

Этот интервал выборки начинается в момент электромагнитного импульс покидает антенну радара и продолжается через всю дальность действия радара.Выбор времени для образцов означает, что практический «отражающийся объем» — это элемент атмосферы, который представляет собой километр дальности и, конечно же, один (1) луч в диаметре. В обоих этих старых радарах используются четыре (4) ¼-километровых образца. сначала суммируется, а затем усредняется до значения, представляющего полный километр дальности действия РЛС. Результирующее разрешение дисплея тогда составляет один (1) километр по дальности и один (1) луч по азимуту.

Эти дисплеи синхронизируются одними и теми же базовыми сигналами синхронизации которые управляют срабатыванием радиолокационного передатчика. В то же мгновение Электромагнитная волна покидает передатчик, цепи в радаре блок индикации находится под напряжением.

Индикация развертки «А» имеет ту же форму, что и у знакомого осциллографа. отображать. Расстояние между радаром и целью отображается на горизонтальная ось (X), а интенсивность цели отображается на вертикальная (Y) ось. Расположение радара обычно находится слева стороне дисплея, а максимальный диапазон представлен справа край.

Сканирование «P», обычно называемое «PPI» (положение в плане индикатор), вероятно, самый известный и универсальный из всех на экране радара.Расположение радара находится в центре тубус дисплея, а максимальный диапазон представлен краем круглого путь, все точки которого одинаково удалены от центра экрана. «Развертка» PPI вращается вокруг центра (начала координат) ЭЛТ в совпадении. с физическим положением передающей антенны. Дисплей PPI показывает радиолокационные цели в обоих диапазонах (расстояние от центра трубы) и направление (угловое положение от центра трубки).В дисплей использует позиционирование в «полярных координатах» (от 0 ^до до 360 ^o азимута) относительно местоположения радара. Сканирование «E», также называемое «RHI» (индикатор высоты диапазона), отображает радиолокационные цели как в диапазоне от радара, так и на высоте над землей. Как и PPI, развертка RHI вращается вертикально в соответствии с перемещение угла антенны РЛС. В этом случае угол стреловидности представляет угол антенны по горизонтали (0 ^o ) и вертикальное (90 ^o ) положения.

В системе WSR-88D не используется ни один из этих традиционных радаров. отображает. Вместо этого используется развертка «B» (дисплей телевизионного типа). Мониторы сканирования «B» похожи на осциллографы PPI, но гораздо более гибкие. в их способности отображать различные степени форматов данных.

Показан пример отображения типа «телевизор» (B-развертка). ниже …

Радиолокационная система WSR-88D использует специальные «стратегии» сканирования в чтобы собрать информацию об отражательной способности и доплеровском режиме.Эти Стратегии сканирования называются «шаблонами охвата тома» (VCP). Два из этих VCP в настоящее время предназначены для режима работы, называемого «Режим чистого воздуха» и два других ПДС используются в «Режиме осаждения». VCP режима «Precip» (также «A») называются VCP # 11 и VCP # 21. Они облегчают выборку четырнадцати (14) и девяти (9) уникальных высот. углы соответственно. VCP 11 имеет 16 «разрезов» (только 14 углов, так как два самых низких угла повторяются) через пять минут, и VCP 21 выполняет 11 «сокращений» за шесть минут.VCP 11 показан в табличной форме ниже. Обратите внимание на ШЕСТНАДЦАТЬ поворотов антенны («разрезов»). Также обратите внимание, что Скорость PRF и скорость нарастания антенны изменяются на разных высотах.

EL угол Антенна Slew Surv. PRF Бобовые
за каждую Скорость Время Допп. Темп на
Вращение (Об / мин) (Сек) Партия (ппс) Град. AZ

Приложение … «PRIs»

О нашем радаре WSR 88-D

Радарные системы

Базовые радиолокационные системы

Принцип действия

Радар — это аббревиатура для радиообнаружения и определения дальности.Термин «радио»
относится к использованию электромагнитных волн с длинами волн в так называемое радио
волновая часть спектра, охватывающая широкий диапазон от 10 ⁴ км до 1 см. Радар
системы обычно используют длины волн порядка 10 см, соответствующие на частоты
около 3 ГГц. Обнаружение и ранжирование части аббревиатуры выполняется по
хронометраж задержки между передачей импульса радиоэнергии и его последующий
возвращение.Если время задержки Dt, тогда диапазон можно определить по простой формуле
:

R = cDt / 2

, где c = 3 x 10 ⁸ м / с, скорость света при которой все электромагнитные волны распространяются.
Множитель два в формуле исходит из наблюдения, что импульс радара должен
добраться до цели и вернуться до обнаружения, или вдвое увеличить дальность.

Последовательность импульсов радара вид амплитудной модуляции частоты радара
несущая волна, подобно тому, как несущие волны модулируются при коммуникации системы.
В этом случае информационный сигнал довольно простой: одиночный импульс повторяется на
регулярные промежутки. Общая модуляция несущей радара, известная как последовательность импульсов
показано ниже. Общие параметры радара, как определено как показано на рисунке 1.

Фигура 2.

PW = ширина импульса. PW имеет единицы времени и обычно выражается в мс.PW — продолжительность пульса. RT = время отдыха. RT — интервал между импульсами. Измеряется в мс. PRT = импульс время повторения. PRT имеет единицы времени и обычно выражается в мс. PRT — это интервал между началом одного импульса и начало другого. PRT также равен сумме, PRT = PW + RT. PRF = частота повторения импульсов. PRF имеет единицы времени ^-1 и обычно выражается в Гц (1 Гц = 1 / с) или в импульсах на второй (ппс).PRF — это количество импульсов, передаваемых в секунду. и равен обратному PRT. RF = радиочастота. РФ имеет единиц времени ^-1 или Гц и обычно выражается в ГГц или МГц. RF — частота несущей волны, которая модулированы для формирования последовательности импульсов.

Механизация

Практическая радиолокационная система требует семи основных компонентов, как показано на рисунке. ниже:

Рисунок 3

Передатчик .Передатчик создает радиоволны для быть посланным и модулирует его, чтобы сформировать последовательность импульсов. Передатчик также должен усиливать сигнал до высокого уровня мощности, чтобы обеспечить адекватный диапазон. Источником несущей волны может быть клистрона, лампы бегущей волны (ЛБВ) или магнетрона. Каждый имеет свои особенности и ограничения.

2. Приемник . Приемник чувствителен к диапазон передаваемых частот и обеспечивает усиление возвращенного сигнала.Чтобы обеспечить максимальную диапазона, приемник должен быть очень чувствительным, не вводя чрезмерного шум. Возможность отличить принятый сигнал от фона шум зависит от отношения сигнал / шум (S / N).

Фоновый шум определяется средним значением, называемым шумовой эквивалентной мощностью (НЭП). Это напрямую приравнивает шум к обнаруженному уровню мощности. так что его можно сравнить с возвратом.Используя эти определения, критерий успешного обнаружения цели —

П _r > (S / N) НЭП,

где P _r — мощность обратного сигнала. Поскольку это является важной величиной для определения характеристик радиолокационной системы, ему присвоено уникальное обозначение, S _min , и он называется Минимальный сигнал для обнаружения .

S _мин = (S / N) NEP

Поскольку S _min , выраженное в ваттах, обычно является малым число, оказалось полезным определить эквивалент в децибелах, MDS, что означает Минимальный различимый сигнал .

MDS = 10 Log (S _мин. /1 мВт)

При использовании децибел количество в скобках логарифма должно быть числом без единиц. Я определение MDS, это число является долей S _min /1 мВт. Напоминаем, что мы используем специальное обозначение дБм для единиц измерения MDS, где «m» означает 1 мВт. Это сокращение для децибел относительно 1 мВт, что иногда записывается как дБ // 1 мВт.

В ресивере, С / Н устанавливает порог обнаружения, который определяет, что будет отображаться а что не будет. Теоретически, если S / N = 1, то только возвращается с мощностью, равной или большей, чем фон будет отображаться шум. Однако шум является статистическим процесс и меняется случайным образом. НЭП просто средний значение шума. Бывают моменты, когда шум превышает порог, устанавливаемый приемником.Поскольку это будет отображаться и отображаться как законная цель, это называется ложной тревогой . Если SNR установлен слишком высоким, то будет несколько ложных срабатываний, но некоторые фактические цели могут не будет отображаться как промах). Если SNR установлен слишком низко, тогда будет много ложных срабатываний или высокий уровень ложных срабатываний скорость (FAR).

Некоторые приемники контролируют фон и постоянно корректировать SNR для поддержания постоянная частота ложных тревог, поэтому все они называются приемниками CFAR.

Какой-то общий приемник особенности:

1.) Импульсная интеграция. Ресивер принимает средняя обратная сила по многим импульсам. Случайные события подобный шум не возникает в каждом импульсе, и поэтому при усреднении будет иметь меньший эффект по сравнению с фактическими целями, которые будет в каждом пульсе.

2.) Контроль времени чувствительности (STC). Эта функция снижает влияние возвратов из состояния моря.Это уменьшает минимальный SNR приемника на короткое время сразу после передачи каждого импульса. Эффект настройки STC состоит в том, чтобы уменьшить беспорядок на дисплее непосредственно в регионе. вокруг передатчика. Чем больше значение STC, тем больше расстояние от передатчика, в котором беспорядок будет удален. Однако чрезмерное значение STC отключится. потенциал возвращается близко к передатчику.

3.) Быстрая постоянная времени (FTC). Эта функция разработана чтобы уменьшить эффект длительной отдачи от дождь. Эта обработка требует, чтобы сила отдачи сигнал должен быстро меняться с течением времени. С дождя происходит над и расширенной области, он будет производить долгий, устойчивый возвращение. Обработка FTC будет
отфильтровать эти возвраты из дисплея. Только импульсы, которые будут отображаться быстро подниматься и опускаться.В техническом термины, FTC — это дифференциатор , что означает, что он определяет скорость изменения сигнала, который затем используется для различения импульсов которые не меняются быстро.

3. Блок питания . Блок питания обеспечивает электрическая мощность для всех компонентов. Самый большой Потребитель энергии — передатчик, которому может потребоваться несколько кВт средней мощности. Фактическая мощность, передаваемая в импульс может быть намного больше 1 кВт.Блок питания только должен быть в состоянии обеспечить среднее количество энергии потребляется, а не на высоком уровне мощности во время фактического
импульсная передача. Энергия может храниться в конденсаторе банк, например, во время отдыха. Сохраненный энергия затем может быть помещена в импульс при передаче, увеличивая пиковая мощность. Пиковая мощность и средняя мощность равны связаны величиной, называемой рабочим циклом, постоянным током. Рабочий цикл — доля каждого цикла передачи, которую радар действительно передает.Что касается последовательности импульсов на Рисунке 2 рабочий цикл может быть следующим:

DC = PW / PRF

Синхронизатор . Синхронизатор координирует время для определения диапазона.

Он регулирует скорость отправки импульсов (т. Е. Устанавливает частоту повторения импульсов). и сбрасывает время
часы для определения диапазона для каждого импульса. Сигналы от синхронизатор отправлены

одновременно с передатчиком, который посылает новый импульс, и на дисплей,
который сбрасывает обратную развертку.

Дуплексер . Это переключатель, который попеременно подключает передатчик или приемник к антенне. Его цель — защитить приемник от выхода высокой мощности передатчика. В течение передача исходящего импульса, дуплексер будет выровнен к передатчику на длительность импульса, ПВт. После был отправлен, дуплексер настроит антенну на получатель.Когда будет отправлен следующий импульс, дуплексер сместится обратно к передатчику. Дуплексер не требуется, если передаваемый мощность низкая.

Антенна . Антенна принимает радарный импульс от передатчика. и поднимает его в воздух. Кроме того, антенна должна фокусироваться энергия в четко определенный луч, который увеличивает мощность и позволяет определять направление цели. В антенна должна отслеживать свою ориентацию, что может быть выполнено синхронизатором.Также существуют антенные системы, которые не двигаются физически, а управляются электроникой (в этих случаях ориентация луча радара уже известна a априори ).

Ширина луча антенны — это мера угловой протяженности
— самая мощная порция излучаемой энергии. Для наши цели основная часть,
называется главным лепестком, все углы от перпендикуляра где мощность
не менее ½ пиковой мощности или, в децибелах, -3 дБ.Ширина луча
диапазон углов в главном лепестке, определенный таким образом. Как правило это разрешено в
интересующая плоскость, например горизонтальная или вертикальная плоскость. Антенна будет
имеют отдельные ширину луча по горизонтали и вертикали. Для антенна радара,
ширину луча можно предсказать по размеру антенны в самолете
проценты от

д = л / л

где:
q — ширина луча в радианах,
l — длина волны радара, а
L — размер антенны, в направление интереса (т.е. ширина или высота).

При обсуждении антенн связи, было заявлено, что ширина луча
для антенны может быть найдена с помощью q = 2л / л. Так кажется что антенны радара
имеют половину ширины луча в качестве средств связи антенны. Разница
заключается в том, что антенны радара используются как для передачи, так и для приема сигнал. Модель
эффекты интерференции с каждого направления объединяются, что имеет эффект снижения
ширина луча.Поэтому при описании двусторонних систем (как и радар) это
подходит для уменьшения ширины луча в 1/2 дюйма ширина луча
формула аппроксимации.

Направленный усиление антенны — это мера того, насколько хорошо луч
сфокусирован во всех ракурсах. Если бы мы были ограничены одним самолет направленный
усиление будет просто отношением 2p / q. Поскольку такая же мощность распределяется в меньшем диапазоне углов
, направленное усиление представляет собой сумма, на которую мощность
в пучке увеличивается. В обоих углах, затем по направлению прирост будет равен:

G _dir = 4p / q f

поскольку есть 4p стерадианы, соответствующие во всех направлениях (телесный угол, измеренный в
стерадиан, определяется как площадь фронта луча делится на диапазон
в квадрате, поэтому ненаправленный луч будет покрывать площадь из 4пр ² на расстоянии R
, следовательно, 4 стерадиана).

Здесь мы использовали:
q = ширина луча по горизонтали (радианы)
f = ширина луча по вертикали (радианы)

Иногда направленное усиление измеряется в децибелах, а именно 10 журнал (G _dir ).
В качестве примера антенна с горизонтальной шириной луча 1,5 ⁰ (0,025 радиана) и
ширина луча по вертикали 20 ^o (0,33 радиана) будет иметь:

направленное усиление (дБ) = 10 log (4 p / 0.025 0,333) = 30,9 дБ

Пример: найти ширину луча по горизонтали и вертикали Ан / СПС-49 длинный
дальность действия радиолокационной системы и коэффициент направленного действия в дБ. Антенна ширина 7,3 м
на 4,3 м высотой и работает на частоте 900 МГц.

Длина волны, l = c / f = 0,33 м.

Учитывая, что L = 7,3 м, тогда
q = l / L = 0,33 / 7,3 = 0,045 радиан, или
q = 3 ⁰ .

Высота антенны 4,3 м, поэтому аналогичная расчет дает
f = 0,076 радиан
f = 4 ⁰ .

Направленное усиление,
G _dir = 4p / (0,045 0,076) = 3638.

В децибелах,
направленное усиление = 10 Log (3638)
= 35,6 дБ.

Дисплей . Блок дисплея может иметь различные формы, но в целом предназначена для представления полученной информации оператор.Самый простой тип отображения называется А-сканирование (амплитуда vs. задержка по времени). Вертикальная ось — сила отдачи. а по горизонтальной оси отложено время задержки или диапазон. А-скан не предоставляет информации о направлении цели.

Рисунок 4

Наиболее распространенным отображением является PPI (индикатор положения плана). Информация А-скана преобразуется в яркость и затем отображается. в том же относительном направлении, что и антенна.В результат — это вид сверху вниз на ситуацию, где диапазон — это расстояние от начала координат. PPI, пожалуй, самый естественный дисплей для оператора и поэтому наиболее широко используемый. В В обоих случаях синхронизатор сбрасывает кривую для каждого импульса, поэтому что диапазон

информация начнется в источнике.

Рисунок 5.

В этом примере использование увеличенного STC для подавления моря беспорядок был бы полезен.

Производительность радара

Все параметров базовой импульсной радиолокационной системы повлияет модель
производительность в некотором роде. Здесь мы находим конкретные примеры и количественно оценить эту зависимость
где возможно.

Ширина импульса

Длительность импульса и длина цели по радиальное направление
определяет длительность возвращенного импульса.В в большинстве случаев длина
возврат обычно очень похож на переданный импульс. в дисплей,
Импульс (по времени) будет преобразован в пульс на расстоянии. Диапазон значений
от передней кромки до задней кромки создаст некоторую неопределенность в
расстояние до цели. Принятая за чистую монету способность точно измерить диапазон
определяется шириной импульса.

Если обозначить погрешность измеряемого диапазона как разрешающая способность по дальности,
R _RES , то он должен быть равен эквиваленту диапазона ширины импульса, а именно:

R _RES = c PW / 2

Теперь вы можете задаться вопросом, почему бы просто не взять передний край импульс как диапазон
, который может быть определен с гораздо более высокой точностью? Проблема в том, что это
практически невозможно создать идеальную переднюю кромку. На практике идеальный
пульс действительно будет выглядеть так:

Рисунок 6

Для создания идеально сформированного импульса с вертикальным передним фронтом потребует бесконечной пропускной способности. Фактически вы можете приравнять полоса пропускания передатчика b до минимальной длительности импульса, PW по:

PW = 1 / 2b

Учитывая это понимание, вполне разумно сказать, что диапазон может быть определен не более точно, чем cPW / 2 или эквивалентно

R _RES = c / 4b

Фактически, радар высокого разрешения часто называют широкополосным. радар, который вы теперь видите как эквивалентные утверждения.Один термин относится к временной области, а другой — к частотной области. Продолжительность импульса также влияет на минимальный диапазон, на котором радар может обнаружить. Исходящий импульс должен физически очистите антенну до обработки возврата. Поскольку это длится в течение интервала времени, равного ширине импульса PW, минимальной тогда отображаемый диапазон:

R _MIN = c PW / 2

Эффект минимального диапазона можно увидеть на дисплее PPI как насыщенный или пустая зона
вокруг происхождения.

Рисунок 7

Увеличение ширины импульса при сохранении остальных параметров то же самое повлияет на рабочий цикл и, следовательно, на средний власть. Для многих систем желательно сохранить среднюю мощность фиксированный. Тогда PRF должен быть изменен одновременно с PW в для того, чтобы продукт PW x PRF оставался неизменным. Например, если ширина импульса уменьшается в ½ раза, чтобы улучшить разрешение, то частота повторения импульсов обычно увеличивается вдвое.

Частота повторения импульсов (PRF)

Частота пульса трансмиссия влияет на максимальный диапазон, который может быть
отображается. Напомним, что синхронизатор сбрасывает отсчет времени. часы как каждый новый импульс
передается. Возвращения с далеких целей, которые не добраться до приемника до
после отправки следующего импульса не будет отображаться правильно. С момента
часы были сброшены, они будут отображаться, как если бы диапазон меньше фактического.
Если бы это было возможно, то учитывалась бы информация о диапазоне. двусмысленный.
Оператор не будет знать, соответствует ли диапазон фактическому диапазону. или немного больше
ценить.

Рисунок 8

Максимальный фактический диапазон, который может быть обнаружен и отображен без неоднозначность, или максимальный однозначный диапазон , это просто диапазон, соответствующий интервалу времени, равному повторению импульсов время, PRT.Следовательно, максимальный однозначный диапазон

R _UNAMB = c PRT / 2 = c / (2PRF)

Когда радар сканирует, необходимо контролировать скорость сканирования так, чтобы
в каждом конкретном случае будет передано достаточное количество импульсов. направление в заказе
чтобы гарантировать надежное обнаружение. Если используется слишком мало импульсов, то будет больше
трудно отличить ложные цели от реальных. Могут присутствовать ложные цели
за один или два импульса, но не за десять или двадцать подряд. Поэтому к
поддерживать низкий уровень ложного обнаружения, количество переданных импульсов в каждом
направление должно быть высоким, обычно выше десяти.

Для систем с высоким частота следования импульсов (частоты) луча РЛС
можно перемещать быстрее и, следовательно, сканировать быстрее. И наоборот, если
Частота повторения импульсов снижена, необходимо уменьшить скорость сканирования. Для простого сканирует легко
определить количество импульсов, которые будут возвращены от любого конкретного цель. Пусть
t представляет время пребывания , это время, в течение которого цель остается в
луч радара во время каждого сканирования. Количество импульсов, N, что цель будет
подвергается воздействию во время пребывания:

N = t PRF

Мы можем переформулировать это уравнение, чтобы наложить требование на задержку время для конкретного сканирования

t _мин = N _мин / PRF

Таким образом, легко увидеть, что высокая частота повторения импульсов требует меньшее время ожидания.Например, для непрерывного кругового сканирования время пребывания связано со скоростью вращения и шириной луча.

т = д / Вт

где q = ширина луча [градусы] W = скорость вращения [градусы / сек] что даст время задержки в секундах. Эти отношения можно объединить, получив следующее уравнение, из которого максимальная скорость сканирования может быть определена для минимального количества импульсов за сканирование:

Вт _МАКС = q PRF / N

Частота радара

Наконец, частота несущей радиоволны также будет иметь около
влияют на распространение луча радара.На низкой частоте крайности, лучи радара
преломляется в атмосфере и может попадать в «каналы» что приводит к длинному
диапазоны. В крайнем случае луч радара будет вести себя очень похож на видимый свет и
путешествовать по очень прямым линиям. Очень высокая частота лучи радара пострадают
потерь и не подходят для систем большой дальности.

Частота будет также влияют на ширину луча.Для антенны того же размера
низкочастотный радар будет иметь большую ширину луча, чем высокочастотный частота одна.
Чтобы сохранить постоянную ширину луча, низкочастотный радар понадобится большой
антенна.

Теоретическое уравнение максимального диапазона

Приемник радара может обнаружить цель, если возврат достаточен. сила.
Обозначим минимальный обратный сигнал, который может быть обнаружен как S _min , который должен иметь значение
в ваттах, Вт.Размер а способность цели отражать энергию радара,
, можно описать одним термином, s, известен как РЛС поперечного сечения, который имеет единицы
м ² . Если абсолютно все происшествие Энергия радара на цель
отражалась равномерно во все стороны, затем радар сечение будет равно
цели площадь поперечного сечения, видимая передатчиком. На практике, поглощается некоторая энергия
и отраженная энергия не распределяется равномерно во всех направлениях. Таким образом,
сечение радара довольно сложно оценить и обычно определяется путем измерения
.

С учетом этих новых количеств мы можем построить простую модель для мощности радара
который возвращается в приемник:

P _r = P _t G 1 / 4pR ² с 1 / 4pR ² A _e

Члены в этом уравнении сгруппированы, чтобы проиллюстрировать последовательность от передачи до коллекции.Вот последовательность подробнее:

G = r G _реж.

Передатчик выдает пиковую мощность P _t в антенну, который фокусирует его в пучок с усилением G. Прирост мощности аналогичен к усилению по направлению, G _dir , за исключением того, что он должен также включают потери от передатчика к антенне. Эти потери суммируются одним термином, обозначающим эффективность, r.Следовательно,

Энергия радара распространяется равномерно во всех направлениях. В поэтому мощность на единицу площади должна уменьшаться с увеличением площади. Поскольку энергия распределена по поверхности сферы, коэффициент 1 / 4pR ² счетов для уменьшения.

Энергия радара собирается поверхностью цели и размышлял. Поперечное сечение радара s учитывает оба этих процесса.

Отраженная энергия распространяется так же, как передаваемая энергия.

Приемная антенна собирает энергию, пропорциональную ее эффективная площадь, известная как апертура антенны, A _e . Это также включает потери в процессе приема до тех пор, пока сигнал достигает приемника. Следовательно, индекс «e» означает «эффективный». Эффективная апертура связана с физической апертурой A, тем же термином, что и коэффициент полезного действия, используемым для увеличения мощности, с учетом символа р.Так что

А _е = г А

Наш критерий обнаружения — это просто то, что полученная мощность, P _r сусло
превышают минимум, S _min . Поскольку полученный мощность уменьшается с увеличением дальности, максимальная
дальность обнаружения произойдет, когда полученная мощность равна минимум, то есть
P _r = S _мин . Если вы решите диапазон, вы получите уравнение для максимального теоретического
дальность действия радара:

Возможно, самая важная особенность этого уравнения — корень четвертой степени зависимость.Практическое значение этого состоит в том, что необходимо значительно увеличьте выходную мощность, чтобы получить умеренное увеличение представление. Например, чтобы увеличить дальность вдвое, передаваемый мощность пришлось бы увеличить в 16 раз. Вы также должны отметить что минимальный уровень мощности для обнаружения, S _min , зависит от по уровню шума. На практике это количество постоянно варьируется. для достижения идеального баланса между высокой чувствительностью который подвержен шуму и низкой чувствительности, которая может ограничивать способность радара обнаруживать цели.Пример: найти максимум дальность действия РЛС AN / SPS-49 с учетом следующих данных

Размер антенны = 7,3 м в ширину на 4,3 м в высоту
КПД = 80%
Пиковая мощность = 360 кВт
Сечение = 1 м ²
S _мин = 1 10 ^-12 Вт

Из предыдущего примера мы знаем, что направленная антенна усиление,

G _реж = 4p / qf = 4p / (.05 x 0,07) = 3430

Прирост мощности,
G = r G _реж.

G = 2744,

Аналогично, эффективная апертура
А _е = rA = 0,8 (7,3 x 4,3)

A _e = 25,1 м ² .

Следовательно, диапазон равен, или

R = 112 км.

Диапазон складывания

Длительность импульса

Длительность импульса t — это время в микросекундах (с или 10 ^-6 с), в течение которого передается импульс.Длительность импульса WSR-88D в режиме коротких импульсов (VCP 11, 12, 21, 121 или 32) составляет 1,57 секунды. Умножение длительности импульса на скорость света (c »3 x 10 ⁸ м / с) дает импульсный объем, длина импульса H которого составляет ~ 500 м. В режиме длинных импульсов (VCP 31) длительность импульса составляет 4,7 секунды, что дает длительность импульса H ~ 1500 м (4625 футов). В режиме длинных импульсов общая мощность, полученная от данной цели, соответственно будет в три раза больше, чем в режиме коротких импульсов. В результате WSR-88D на более чувствителен при работе в режиме длинных импульсов, чем в режиме коротких импульсов.WSR-88D работает в режиме чередования длинных и коротких импульсов.

Диапазон складывания

Радар посылает импульс энергии, а затем ожидает ответного эха. Продолжительность времени, в течение которого радар «ждет», зависит от «дальности» радара для обнаружения полезных эхосигналов.Это известно как время повторения импульса. Количество импульсов за единицу времени известно как частота повторения импульсов (PRF).

Дальность действия нынешних радаров WSR-88D (NEXRAD) составляет около 230 км. Радары могут «видеть» за пределами этого диапазона, но разрешение эхосигнала за пределами этого радиуса очень низкое.

Итак, радар «ждет» времени, которое потребуется для возврата обратного импульса (все со скоростью примерно со скоростью света), прежде чем послать следующий импульс. Проблема в том, что первый импульс вылетел за пределы 230 км и мог встретить другой рассеиватель (хотя и плохо).Этот рассеиватель вернет на радар импульс энергии, который придет через некоторое время после того, как радар отправит второй импульс. Радар интерпретирует эту возвращаемую энергию как эхо от источника на очень близком расстоянии. Это ложное эхо, и процесс появления ложных эхо называется «сворачиванием диапазона».

Вот как это будет работать. Предположим, максимальная однозначная дальность — 225 километров. Если шторм находится на расстоянии 250 километров от радара, радар обнаружит шторм как находящийся в 25 километрах от радара.Любая энергия, возвращаемая радаром за пределы 225 километров, будет уменьшена. Это происходит потому, что энергия радара, отраженная от далекой бури, возвращается к радару после того, как радар уже послал другой импульс и «прислушивается» к отраженным эхо-сигналам.

В некоторой степени данные, свернутые по диапазонам, могут быть «развернуты» с помощью программного обеспечения. В областях, в которых это невозможно сделать, обозначение цвета будет указывать на то, что сворачивание диапазона является проблемой (RF), и эхо-сигналы в этой области не должны приниматься.

Ворота

Термин «затвор» используется для обозначения «пикселя» или разрешения радара, в котором сосредоточен единичный процент энергии радара. Поскольку луч радара расширяется, тот же процент энергии занимает большую площадь. Таким образом, «ворота» тем больше, чем дальше удаляется от радара.

Из-за этого разрешение данных радара уменьшается с удалением от радара. Эти ворота дальности становятся больше с увеличением расстояния от радиолокационной станции, поскольку луч расширяется по мере удаления от радиолокационной станции.Стробы с большим диапазоном приведут к меньшему разрешению. По мере расширения луча (увеличения диаметра конуса) интенсивность дождя все больше недооценивается, площадь покрытия дождем все больше переоценивается, а осадки и / или сильные осадки только в части ворот диапазона все больше усредняются по большей площади.

На изображении ниже показаны проблемы, связанные с расширением луча. Место расположения радара — KUEX, оно находится в крайнем левом углу изображения. Обратите внимание, что по мере того, как кто-то изучает рассеивание дальше наружу по радиалам, ворота дальности становятся больше.Часть эхо-сигналов на краю радара выглядит более зернистой, а области отражательной способности более «размытыми», чем те, которые находятся рядом с радаром.

Итак … имейте в виду, что штормы у края радара на самом деле меньше, чем показывает радар (из-за проблем с заполнением луча). Кроме того, штормы вблизи края радара также собираются на более высокой высоте, чем штормы вблизи радара.

Лодочный радар для навигации | ЛодкаUS

Есть одно важное исключение из ограничений минимальной дальности, которое обеспечивается передовой технологией широкополосных радаров.Широкополосный доступ не излучает сильные микроволновые импульсы, как традиционный радар. Вместо этого он излучает крошечную долю мощности и измеряет изменение частоты между излучаемыми волнами и волнами, отраженными обратно в антенну. Избыточных электрических шумов мало, и подавление ударов не требуется. В результате можно увидеть объекты, которые находятся всего в нескольких футах от вашей лодки, а тем более на расстоянии 25-50 ярдов, скрытые туманом от горохового супа или чернильной темнотой.

Разрешение радара

Разрешение — это мера того, насколько хорошо два близлежащих объекта разрешаются или разделяются радаром.В лучшем случае с учетом внешних факторов, таких как состояние моря и сила цели, это определяется двумя отдельными факторами: разрешением по азимуту и ​​разрешением по дальности. Типичная ширина луча радара по горизонтали составляет около шести градусов. Это означает, что любые два объекта, разделенных менее чем на шесть градусов, могут быть размазаны вместе в одну цель. Тангенс шести градусов равен 1/10, поэтому, если два соседних объекта, расположенных на расстоянии (D), должны быть разделены на отдельные цели на экране радара, они должны быть разделены на расстояние не менее D / 10.

Например, две лодки в пяти милях друг от друга должны находиться на расстоянии 0,5 мили друг от друга, иначе они будут отображаться как одна. Точно так же, если вход в гавань составляет 0,2 мили в поперечнике, он не будет рассматриваться как отверстие (если направиться прямо к нему), пока вы не окажетесь в пределах двух миль от него. Хорошая идея — познакомиться с разрешающей способностью пеленга и этими соотношениями, сделав свои собственные измерения с картой в руке среди бела дня, чтобы увидеть, как это работает с вашим радаром.

Длительность импульса сигнала радара также влияет на разрешение по дальности.Микроволновая печь движется со скоростью света, которая составляет 186 000 миль в секунду, или 328 ярдов в микросекунду. Если два объекта на одной линии друг с другом разделены менее чем на половину длительности импульса, то более близкая цель по-прежнему будет отражать сигналы с конца импульса, когда более дальняя начинает отражать сигналы с фронта импульса — и они появятся как один объект. Чтобы решить эту проблему, два объекта на одном пеленге должны находиться на расстоянии более 164 ярдов на микросекунду длительности импульса.Типичная длина импульса варьируется от 0,1 до 1 микросекунды. Вы можете регулировать длину импульса в некоторых единицах измерения, но в большинстве единиц малых судов она регулируется автоматически при изменении диапазона.

В одном устройстве, например, на трехмильном диапазоне длина импульса составляет 0,3 микросекунды, а на четырехмильном диапазоне — 0,8 микросекунды. Рассмотрим случай двух близко расположенных судов (например, буксира и баржи, которую он буксирует), разделенных 100 ярдами на расстоянии 2,8 мили. В четырехмильном масштабе они будут отображаться как одно судно (разрешение 131 ярд), но в трехмильном масштабе они будут отображаться как два отдельных близких судна (разрешение 49 ярдов).

«Высокое разрешение» — это термин, который вы часто слышите сегодня в мире морских радаров, и новые устройства высокого разрешения действительно предлагают лучшее разрешение. Но все вышеперечисленные принципы не меняются; Главное преимущество современных систем высокого разрешения — в программном обеспечении. Новые алгоритмы и оцифровка сигналов позволяют лучше различать цели и обнаруживать меньшие и более слабые цели. Но помните, что действуют те же ограничивающие факторы.

Лэнд Хо

Как и в случае с лодками, то, насколько хорошо ориентир отображается на радаре, зависит от высоты земли и разрешения радара.Изолированные цели, такие как другие суда, буи, небольшие острова или буровые установки, легче интерпретировать, чем большие неровные участки суши. Следует также помнить, что, хотя размер большой цели на экране увеличивается по мере приближения, размер эхо-сигнала на экране не всегда является отражением фактического размера цели. Все изолированные цели, особенно на больших расстояниях, выглядят как простые точки или небольшие отрезки линий.

Форма и материал цели также влияют на получение изображения и разрешение.Круглые и заостренные тела отражают только небольшую часть поступающей энергии обратно в сканер. То же самое касается поверхностей, наклоненных к горизонтали, таких как ветровые стекла некоторых моторных яхт. Помните, что самый распространенный материал, используемый сегодня для строительства прогулочных судов, — стекловолокно, — гораздо более плохая цель, чем металл.

Имейте в виду, что когда вы двигаетесь, движение любых целей на экране является относительным, а не истинным. Если вы движетесь к стационарному бую со скоростью пять узлов, на экране вашего радара отображается, как будто буй движется к вам со скоростью пять узлов.Единственная неподвижная цель на экране радара — это та, которая движется в том же направлении и с той же скоростью, что и ваша лодка.

Устранение проблемы

Два основных применения радара — предотвращение столкновений и определение местоположения. Когда возможно столкновение, первое, что вы должны решить, — представляет ли цель риск столкновения; во-вторых, вам нужно будет определить, что приводит к этому риску. Например, довольно легко определить цель, движущуюся прямо по курсу вашего корабля на встречных курсах — но это судно, на которое вы собираетесь врезаться с кормы, или это цель, идущая на полном ходу прямо для вашего носа? ?

Маркер с переменным диапазоном (VRM) и линия электронного пеленга (EBL) являются важными инструментами для ответа на вопросы, возникающие как при предотвращении столкновений, так и при определении местоположения.EBL обеспечивает пеленг на цель, в то время как VRM указывает расстояние до цели в этот конкретный момент времени. По прошествии времени легко увидеть, увеличиваете ли вы дальность до цели или теряете ее, и остаются ли пеленги прежними. Спросите себя: находитесь ли вы на курсе столкновения с другим судном, если сохраняете тот же пеленг и продолжаете находиться на близком расстоянии? Течение или прилив уносит вас не в ту сторону от канального буя, даже если направление по компасу указывает на правильность вашего направления? Следите за EBL и VRM, чтобы узнать ответы.

Вспомните, как работает ваш радар и как его лучше всего использовать, и вы обнаружите, что хорошая система дает вам новый набор глаз — тот, который может пронзить ночь и туман — и имеет решающее значение в мире между безопасной навигацией , и боясь темноты.

R3 Лазерный радар-детектор с очень большим радиусом действия и GPS — Uniden America Corporation

R3 — это лучшая в линейке радар и лазерный детектор Extreme Long Range со встроенным GPS.R3 позволяет вам отмечать географические точки, где вы обычно сталкиваетесь с радиолокационными передачами. Это могут быть школьные зоны, камеры красных фонарей и места, где полиция часто отслеживает движение. Вы можете отметить эти точки, чтобы голосовое оповещение радар-детектора R3 сообщало «Пользовательская отметка впереди» по мере вашего приближения. Функция голосового уведомления позволяет пользователям узнать, какой тип радара обнаружен (красный свет, скорость и т. Д.).

Обзор продукта

• Лазерное обнаружение сверхдальних радаров
• MRCD / MRCT (приоритет предупреждения: лазер, MRCD, Ka, K, X) с настраиваемыми тонами
• Голосовые уведомления
• Индикация частотных диапазонов радара
• GPS для определения местоположения камеры слежения за проездом на красный свет и контроль скорости
• До 500 блокировок GPS
• Легко читаемый OLED-дисплей
• Набор меток пользователя и голосовое уведомление
• Расширенные фильтры диапазонов K и Ka
• Spectre I и IV необнаружимы
• Отображает мощность сигнала и напряжение аккумулятора автомобиля
• Макс.Система предупреждения о скорости
• Удалить точку камеры на красный свет
• Выбираемые звуковые сигналы для диапазонов X, K, MRCD, Ka и Laser
• Bogey tone (сигналы предупреждения 1-5)
• Уровни чувствительности в диапазонах X, K и Ka, определяемые пользователем
• Уровни громкости автоматического отключения звука (Выкл., Вкл .: 0-5)
• Голосовое оповещение о частоте Ka
• Автоматическая регулировка яркости
• Отключение оповещения о превышении скорости

• R3 Радар-детектор
• Кабель питания 12 В постоянного тока с разъемом RJ11
• Кронштейн крепления лобового стекла (1 присоска)
• Кронштейн крепления лобового стекла (2 присоски)
• Лента на липучке
• Руководство пользователя

Загрузки и руководства пользователя Получите текущую прошивку, медиаплееры и программное обеспечение для ПК, которые помогут поддерживать ваши продукты Uniden для обеспечения безопасности беспроводной сети.